深入浅出解析聚四氟乙烯塑料王（PTFE）性能和应用

深入浅出解析聚四氟乙烯塑料王（PTFE）性能和应用

聚四氟乙烯（Poly tetra fluoroethylene），英文缩写为PTFE，俗称“塑料王”，商标名Teflon，在中国，由于发音的缘故，"Teflon"这一商标又被称之为特氟龙、铁氟龙、铁富龙、特富龙、特氟隆等等，皆为Teflon 的音译。

聚四氟乙烯被称“塑料王”，氟树脂之父罗伊·普朗克特1936 年在美国杜邦公司开始研究氟利昂的代用品，他们收集了部分四氟乙烯储存于钢瓶中，准备第二天进行下一步的实验，可是当第二天打开钢瓶减压阀后，却没有气体溢出，他们以为是漏气，可是将钢瓶称量时，发现钢瓶并没有减重。他们锯开了钢瓶，发现了大量的白色粉末，这是聚四氟乙烯。

他们研究发现聚四氟乙烯性质优良，可以用于原子弹、炮弹等的防熔密封垫圈，因此美国军方将该技术在二战期间一直保密。直到二战结束后，才解密，并于1946年实现工业化生产聚四氟乙烯。

一、产品名称： 聚四氟乙烯
二、英文名： Polytetrafluoroethylene
三、别 名
PTFE;铁氟龙;特氟龙;teflon;特氟隆;F4;塑料之王;テフロン(日语)【英文缩写为PTFE，商标名Teflon，中文译名各地不同：大陆译为特富龙，香港译为特氟龙，台湾译为铁氟龙】
四、分子式：[CF2CF2]n

图1：ptfe分子式 来源：深圳丹凯

五、生产方法
聚四氟乙烯由四氟乙烯经自由基聚合而生成。工业上的聚合反应是在大量水存在下搅拌进行的，用以分散反应热，并便于控制温度。聚合一般在40～80℃，3～26千克力／厘米2压力下进行，可用无机的过硫酸盐、有机过氧化物为引发剂，也可以用氧化还原引发体系。每摩尔四氟乙烯聚合时放热171.38kJ。分散聚合须添加全氟型的表面活性剂，例如全氟辛酸或其盐类。

六、用途

聚四氟乙烯[PTFE,F4]是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，因此得"塑料王"之美称。它能在任何种类化学介质长期使用，它的产生解决了我国化工、石油、制药等领域的许多问题。聚四氟乙烯密封件、垫圈、垫片. 聚四氟乙烯密封件、垫片、密封垫圈是选用悬浮聚合聚四氟乙烯树脂模塑加工制成。聚四氟乙烯与其他塑料相比具有耐化学腐蚀与耐温优异的特点，它已被广泛地应用作为密封材料和填充材料。 具有高度的化学稳定性和卓越的耐化学腐蚀能力，如耐强酸、强碱、强氧化剂等，有突出的耐热、耐寒及耐磨性，长期使用温度范围为-200-+250℃，还有优异的电绝缘性，且不受温度与频率的影响。此外，具有不沾着、不吸水、不燃烧等特点。悬浮树脂一般采用模压，烧结的办法成型加工，所制得的棒、板或其他型材还可进一步用车刨、钻、铣等机加工方法加工。棒材再经车削牵伸可制成定向薄膜。

图2：ptfe膜 来源：深圳丹凯

七、聚四氟乙烯(PTFE)特性
1.强度(高强度-重量比)
2.化学惰性
3.生物适应性
4.高热阻
5.严酷环境中的高化学阻抗
6.低可燃性
7.低摩擦系数
8.低介电常数
9.低吸水性
10.良好的风化属性

图3：ptfe模压管 来源：深圳丹凯

聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为PTFE。商品名为“特氟隆”（teflon)。被美誉为“塑料之王”。

聚四氟乙烯的基本结构为. - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 -. 聚四氟乙烯广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的,它本身对人没有 毒性，但是在生产过程中使用的原料之一全氟辛酸铵(PFOA)被认为可能具有致癌作用。 聚四氟乙烯相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万（聚合度在104数量级，而聚乙烯仅在103）。一般结晶度为90～95％，熔融温度为327～342℃。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温度低于19℃时，形成13/6螺旋；在19℃发生相变，分子稍微解开，形成15/7螺旋。

图4：ptfe翻边波纹管 来源：深圳丹凯

八、化学性质
聚四氟乙烯的化学结构是把聚乙烯中全部氢原子被氟原子取代而成。
PTFE分子中F原子把C-C键遮盖起来而且C-F键键能高特别稳定，除碱金属与元素氟外它不被任何化学药品侵蚀。
PTFE分子中F原子对称，C-F中两种元素共价相结合，分子中没有游离的电子，整个分子呈中性。使PTFE具有优良的介电性能，因为PTFE分子结构中没有克键，所以它的结晶度很高。由于PTFE分子外有一层惰性的含氟外壳，使它具有突出的不粘性能与低的摩擦系数。
1、绝缘性：不受环境及频率的影响，体积电阻可达1018欧姆厘米，介质损耗小，击穿电压高。
2、耐高低温性：对温度的影响变化不大，温域范围广，可使用温度-190~260℃。
3、自润滑性：具有塑料中最小的摩擦系数，是理想的无油润滑材料。
4、表面不粘性：已知的固体材料都不能粘附在表面上，是一种表面能最小的固体材料。
5、耐大气老化性，耐辐照性能和较低的渗透性：长期暴露于大气中，表面及性能保持不变。
6、不燃性：限氧指数在90以下。

7、耐化学腐蚀和耐候性：除熔融的碱金属外，聚四氟乙烯几乎不受任何化学试剂腐蚀。例如在浓硫酸、硝酸、盐酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均无变化，也几乎不溶于所有的溶剂，只在300℃以上稍溶于全烷烃（约0.1g/100g）。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，对氧、紫外线均极稳定，所以具有优异的耐候性。

虽然在全氟碳化合物中碳-碳键和碳-氟键的断裂需要分别吸收能量346.94和484.88kJ/mol，但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯仅需能量171.38kJ。所以在高温裂解时，聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420℃时的失重速率（％）每小时分别为1×10-4、4×10-3和9×10-2。可见，聚四氟乙烯可在 260℃长期使用。由于高温裂解时还产生剧毒的副产物氟光气和全氟异丁烯等，所以要特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触明火。

它在250℃的温度下不熔化，在-260℃的超低温中不发脆。聚四氟乙烯光滑异常，连冰都比不过它；它绝缘性能特别好，报纸厚的一层薄膜，便足以抵挡1500V的高压电。

图5：ptfe膜 来源：深圳丹凯

九、物理性质
聚四氟乙烯的机械性质较软。具有非常低的表面能。
聚四氟乙烯(F4,PTFE)具有一系列优良的使用性能:耐高温—长期使用温度200~260度，耐低温—在-100度时仍柔软；耐腐蚀—能耐王水和一切有机溶剂；耐气候—塑料中最佳的老化寿命；高润滑—具有塑料中最小的磨擦系数（0.04）；不粘性—具有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质；无毒害—具有生理惰性；优异的电气性能，是理想的C级绝缘材料。聚四氟乙烯材料，广泛应用在国防军工、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等重要部门。

十、聚四氟乙烯产品
聚四氟乙烯棒材、管料、板材、车削板材。 聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为PTFE。结构式为 。20世纪30年代末期发现，40年代投入工业生产。性质 聚四氟乙烯相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万（聚合度在104数量级，而聚乙烯仅在103）。一般结晶度为90～95％，熔融温度为327～342℃。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温度低于19℃时，形成13/6螺旋；在19℃发生相变，分子稍微解开，形成15/7螺旋。
1、力学性能：它的摩擦系数极小，仅为聚乙烯的1/5，这是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳链分子间作用力极低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。
2、电性能：聚四氟乙烯在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高。
3、耐辐射性能：聚四氟乙烯的耐辐射性能较差（104拉德），受高能辐射后引起降解，高分子的电性能和力学性能均明显下降。
4、聚合：聚四氟乙烯由四氟乙烯经自由基聚合而生成。工业上的聚合反应是在大量水存在下搅拌进行的，用以分散反应热，并便于控制温度。聚合一般在40～80℃，3～26千克力／厘米2压力下进行，可用无机的过硫酸盐、有机过氧化物为引发剂，也可以用氧化还原引发体系。每摩尔四氟乙烯聚合时放热171.38kJ。分散聚合须添加全氟型的表面活性剂，例如全氟辛酸或其盐类。
5、膨胀系数（25～250℃）：10～12×10-5/℃。聚四氟乙烯在-196～260℃的较广温度范围内均保持优良的力学性能，全氟碳高分子的特点之一是在低温不变脆。

十一、聚四氟乙烯性能表

十二、应用领域
聚四氟乙烯可采用压缩或挤出加工成型；也可制成水分散液，用于涂层、浸渍或制成纤维。 聚四氟乙烯在原子能、国防、航天、电子、电气、化工、机械、仪器、仪表、建筑、纺织、金属表面处理、制药、医疗、纺织、食品、冶金冶炼等工业中广泛用作耐高低温、耐腐蚀材料，绝缘材料，防粘涂层等，使之成为不可取代的产品。
十三、聚四氟乙烯及其填充产品
1、通用材料：各种棒、管、板膜、带、绳、盘根、垫片。
2、防腐类：
①.管道及配件：纯聚四氟乙烯管；聚四氟乙烯内衬管；外缠玻钢钢管；钢复合法兰；
②.化工容器内衬：聚四氟乙烯内衬釜；聚四氟乙烯内衬槽；聚四氟乙烯内衬塔；
③.热交换器；
④.波纹伸缩管；
⑤.阀门及泵的主要部件；
⑥.钢丝增强满压软管；
⑦.过滤材料：聚四氟乙烯膜经过纵横双向拉伸内大量气孔，是一种新材料，将它与其他织物复合，即可制成烟尘固相防腐过滤袋或良好的防水透气、防风得暖的雨具运动服、防寒服、特种防护服和轻便帐篷，制药用空气压缩空气、各种溶剂的无菌过滤及电子工业中高纯气体的过滤。
3、密封类：
①.静密封：夹层垫片；坐料带；弹性密封带；
②.动密封（编制盘根、环形密封件）：V型密封体——用于轴、活塞杆、阀门；涡轮泵内密封件；聚四氟乙烯与橡胶的复合密封环；带波纹管可伸缩的机械密封。
4、承荷类
①.填充聚四氟乙烯轴承，用于食品化工造纸、纺织机械；
②.多孔铜浸渍氟塑料金属轴承，可在高温高压干摩擦、真空条件下正常使用；

③.聚四氟乙烯纤维轴承的聚四氟乙烯纤维与玻纤或其他纤维混纺的复合织物制成的轴承内衬，用于低速高负荷；
④.填充聚四氟乙烯活塞环，导向环，机床导轨和桥梁滑块；
5、绝缘类：
①.电线电缆的C级绝缘材料；
②.双水内冷汽轮发电机定子和转子引水管和热电偶的护套；
③.高频、超高频通讯设备和雷达的微波绝缘材料；
④.印刷线路基板及马达、变压器（含气体变压器）绝缘材料；
⑤.空调、电子炉、各种加热器及六氟化硫断路器的绝缘材料；
6、防粘类：
①.浆纱机热辊上的聚四氟乙烯玻璃布包覆层——可免除化学浆料形成的粘辊现象，大大提高生产速率和坯布质量；
②.食品工业的微波干燥输送带——较之其他材料的输送带有不吸收微波能量，不粘物因之有节电、清洁优点；
③.聚乙烯袋装封口的热合套防粘材料；
④.防粘涂层——用于厨房用锅、烘面包的烤模、冷冻食品储存托盘、电熨斗托底、复印机夹辊；
7、耐温类：
①.微波炉的驱动传动装置，如微波炉的连轴器、滚轮；
②.各种制冷机、空调、制氧机、压缩机的耐温配件；
8、其他类：
①.人体代用动脉、静脉血管、心脏膜；
②.内窥镜、钳导管，气管；
③.其他管、瓶、滤布等医疗器材。

①管类：Ptfe管，Fep管，Pfa管，Pvdf管；②热缩管类：Ptfe热缩管，Fep热缩管，Pfa热缩管，Pvdf热缩管；③板棒膜类：Ptfe板棒膜，Fep板棒膜，Pfa板棒膜，Pvdf板棒膜；④绝缘材料类：硅胶、PE、PVC、UPE等；⑤特殊类：PFA进口接头，螺旋管，弹簧管，旋切管，焊条，三通，直通，垫片，接头，锥棒，扩口管，封口管，编织管，波纹管等。同时可应客户要求订制加工生产各种规格的氟塑料产品。

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